【正文】 所示機理進行 。 氨氧化生成 NO 的反應(yīng)機理遵循一般氣固催化反應(yīng)的基本規(guī)律。事實上 9 個分子同時碰撞在一起的概率是極小的。 本設(shè)計采用捕集網(wǎng)法來回收鉑。PtO2。 ③ 、大理石不銹鋼筐法 在置于鉑網(wǎng)后面的不銹鋼筐中盛入粒度為 3～ 5mm的大理石，在 600℃ 時大理石開始分解成 CO2和 CaO。鉑的回收率與捕集網(wǎng)數(shù)、氨氧化的操作壓力和生產(chǎn)負荷有關(guān)。該合金網(wǎng)含有鈀 80%、金 20%。也有將二氧化鋯（ ZrO2）、氧化鋁（ Al2O3）、硅膠、白云石或沸石等混合物制成 5～ 8mm 厚的片狀，共 4 層，層總高為 2～ 3cm，置于鉑網(wǎng)之后，以回收鉑粒。 （ 2）、工業(yè)上回收鉑的方法 由于鉑是價昂的貴金屬，目前工業(yè)上有機械過濾法、捕集網(wǎng)法和大理石不銹鋼筐法可以將鉑加以回收。在常壓下，氨氧化溫度通常取 800℃ 左右，加壓下取 880℃ 左右。 鉑網(wǎng)的損失和回收 （ 1）、損失 鉑網(wǎng)在使用中受到高溫和氣流的沖 刷，表面會發(fā)生物理變化，細粒極易被氣流帶走，造成鉑的損失，鉑的損失量與反應(yīng)溫度、壓力、網(wǎng)徑、氣流方向以及作用時間等因素有關(guān)。干燥后再用氫焰灼燒，而后活化，活化時間可比新網(wǎng)短些。即使如此，隨著工作時間增長，鉑網(wǎng)仍會逐漸中毒，故一般使用 3～ 6 個月后，就應(yīng)將它進行再生處理，以除去毒物和污垢。此外，若氣體中夾帶潤滑油，油燃燒后殘留的炭會滲入鉑中，也 能降低催化劑活性。 空氣中含有的灰塵（主要是各種金屬氧化物）和氨氣中可能帶來鐵粉等機械雜質(zhì)。 苛性堿對鉑網(wǎng)亦有毒害作用，并能腐蝕鉑網(wǎng)。乙炔自身能燃燒，使鉑網(wǎng)溫度升高，會使氧化率降至 65%70%。若氣體中含 1% H2S時，鉑的活性就會降低百分之幾。鉑網(wǎng)永久中毒不能再生。氣體中含 % PH3時，氨氧化率可降至 80%。 （ 2）、中毒 鉑網(wǎng)對雜質(zhì)敏感，易中毒?；罨话阌脷溲婧婵?，使鉑表面變得疏松，粗糙而失去光澤，從而增大其反應(yīng)接觸表面，提高活性。如在 600℃ 時，其活性需經(jīng)數(shù)晝夜方能升高?，F(xiàn)今鉑網(wǎng)尺寸已規(guī)范化，常見的鉑網(wǎng)直徑規(guī)格有 、 、 、 。 通常所用的鉑絲直徑為 ~。工業(yè)上要求催化劑單位重量的接觸表面積應(yīng)盡可能大，而鉑合金具有較好的延展性和機械強度，因而工業(yè)上利用這一特性，都將其拉成細絲織成網(wǎng)狀。因此，用來制造鉑系催化劑的鉑必須非常純凈。也有采用鉑銥合金者，如鉑 99%、銥1%，其活性也很高。由于鈀的加入可減少銠的用量。 鉑的合金一般是鉑和銥、鉑和銠或鉑和鈀的合金，由含 5%～ 7%的銠的鉑銠合金的特點是活性高、機械強度大、鉑損失減小。 鉑系催化劑 化學(xué)組成 以純鉑作為氨氧化催化劑，在溫度為 800～ 900℃ 的操作條件下，純鉑催化劑活性并不高，且在強大氣流連續(xù)沖擊下鉑表面變得松弛不平，鉑表面疏松的鉑微粒易被氣流帶走。因此，國內(nèi)外用氨接觸氧化法制造硝酸均用鉑及鉑合金催化劑。用過的催化劑不容易點著，由催化劑節(jié)省的費用并不能抵償由于原料氨耗增大所產(chǎn)生的費用，因而非鉑系催化劑未能在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。 非鉑系催化劑的優(yōu)點是，比較價廉易得，新制備的非鉑系催化劑活性往往較高。一類是以金屬鉑為主體的鉑系催化劑。即要尋求一種選擇性催化劑，加速反應(yīng)式（ 1），同時抑制其 他反應(yīng)進行。如果對反應(yīng)不加任何控制而任其自然進行，氨和氧的最終反應(yīng)產(chǎn)物必然是氮氣。列于下表： 表 3 不同溫度下氨氧化或氨分解 的平衡常數(shù)（ P=） 平 衡 常 數(shù) 溫度 /k 反應(yīng)式（ 1） 反應(yīng)式（ 2） 反應(yīng)式（ 3） 反應(yīng)式（ 4） 300 1041 1047 1056 103 500 1026 1028 1034 700 1019 1020 1025 102 900 3. 8 1015 1015 1020 102 1100 1011 1012 1016 103 1300 1011 1010 1014 103 1500 1010 109 1012 104 從上表可知，在一定溫度下，幾個反應(yīng)的平衡常數(shù)都很大，實際上可視為不可逆反應(yīng)。為此，首先要研究這些反應(yīng)的特點，即討論在什么條件下才有利于一氧化氮的生成。 第三章 氨的接觸氧化 氨的接觸氧化原理 由于催化劑和反應(yīng)條件不同，氨與氧相互作用可生成不同的產(chǎn)物 4NH3+5O2====4NO+6H2O △ H= KJ/mol (1) 4NH3+4O2====2N2O+6H2O △ H=(2) 4NH3+3O2====2N2+6H2O △ H=(3) 以上均為強烈放熱反應(yīng)。 60 年代后，硝酸生產(chǎn)的技術(shù)特點是，采用大型化組，適當(dāng)?shù)奶岣卟僮鲏毫?。由于本設(shè)計的生產(chǎn)規(guī)模是年產(chǎn)6 萬噸稀 硝酸，而雙加壓法單機組生產(chǎn)能力大，適用于較大型硝酸裝置，所以本設(shè)計選用中壓法流程來生產(chǎn)稀硝酸。 表 2 三種稀硝酸生產(chǎn)工藝的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 生產(chǎn)方法 常壓法 加壓法 綜合法 項目 常壓法 中壓法 高壓法 常壓氧化 加壓吸收 雙加 壓法 氧化壓力 /MPa（絕） ～ ～ 吸收壓力 /MPa（絕） ～ ～ 氨氧化率 % 96～ 97 96 ～ 95 96～ 97 96 酸吸收率 % 85～ 92 98 ～ 97 96 ～ 成品酸度 % 40～ 45 50～ 53 53～ 55 43～ 45 58～ 60 尾氣 NOX 濃度（103） 5～ 10 ～ ～ ﹤ 噸酸總氨耗 /t ～ ～ ～ 噸酸鉑耗 /g ～ ～ ～ 稀硝酸生產(chǎn)流程的確定 盡管稀硝酸生產(chǎn)流程很多，但衡量一個流程的優(yōu)劣應(yīng)根據(jù)實際條件的不同，如生產(chǎn)規(guī)模，成品酸濃度要求，氨原料成本及公用工程費用等，采用不同流程。 衡量一種工藝流程優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，主要是技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和設(shè)備的投資。使氨的損耗與鉑催化劑的損耗較少，吸收率高，吸收系統(tǒng)采用高壓，容積減少，酸濃度高，生產(chǎn)強度大，經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)最優(yōu)化，生產(chǎn)成本低，尾氣中 NOX 含量低，是徹底的清潔技術(shù)，符合國際上的排放要求，基建投資適度，能量回收綜合利用合理，是最具發(fā)展的流程。我國于 1986 年在山西天脊集團建成 2 套 920t/d 的雙加壓法生產(chǎn)裝置，形成 540Kt/a 規(guī)模，為我國硝酸工業(yè)的技術(shù)提高起到了推動作用。由于這種裝置存在氨耗高，電耗高和尾氣排放濃度高等問題，生產(chǎn)方法落后，根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委的 “工商投資領(lǐng)域制止重復(fù)建設(shè)目錄（第一批） ”，該法已被列入其中，屬自1999 年 8 月 9 日公布日起不許再建設(shè)的項目。其特點是氨氧化率高，鉑耗低，吸收系統(tǒng)由于壓力提高，吸收容積相對縮小，吸收率高，占地面積、基建投資、特種鋼材用量均較常壓減少，適合于規(guī)模不大的工廠選擇。該流程中的氨的氧化在常壓下進行，氮氧化物的吸收在加壓（ ～ ）下進行。 綜合法 氨氧化和氮氧化物吸收分別在兩種不同壓力下進行，現(xiàn)有兩類流程：一為常壓氨氧化 加壓氮氧化物吸收流程； 二為中壓氨氧化 高壓氮氧化物吸收流程，又稱雙加壓法。生產(chǎn)成本較高。此法的特點是全過程壓力均由空氣壓縮機供給，不需特種鋼材的 NOX 壓縮機，流程簡單，設(shè)備布置緊湊，基建投資少，特種鋼材用量少，生產(chǎn)強度大，吸收率高，產(chǎn)品濃度高，能量回收率高。 （ 2）、高壓法 氨氧化和 NOX吸收均在 ～ 的壓力下進行 。吸收塔容積小，能量回收率高，缺點是生產(chǎn)強度仍低，氨在加壓下氧化，氧化率略低，鉑損失大，尾氣中 NOX含量略高，仍需要處理才能達標(biāo)排放。 20 世紀(jì) 70 年代以后采用該類方法的生產(chǎn)企業(yè)有興平、烏拉山、大慶、 川化、黑化、開化等。 （ 1）、全中壓法 氨的氧化和氮氧化物的吸收均在 ～ 壓力下進行。 加壓法 氨氧化和氮氧化物吸收均在加壓下進行。需設(shè)置堿吸收尾 氣或用其他方法處理尾氣，布置不緊湊，占地面積大，基建材料及投資較多。吸收工藝有多塔流程和單塔流程。 第二章 稀硝酸生產(chǎn)流程綜述 各種生產(chǎn)方法綜述 生產(chǎn)稀硝酸的方法主要有三中常壓法、加壓法和綜合 法，它們都各有各的優(yōu)缺點，本節(jié)將從經(jīng)濟和環(huán)保兩大方面來論述個方法，并根據(jù)系下達的任務(wù)書選擇適合本設(shè)計的方法。稀硝酸的容器為鋁質(zhì)的，輸送濃硝酸采用裝有鋁罐的槽車。地面應(yīng)耐酸腐蝕。 工廠為了保持硝酸生產(chǎn)的連續(xù)進行并隨時向外提供商品酸，在廠區(qū)需設(shè)室內(nèi)或半露天式酸庫，以防烈日暴曬。因此，工作場所空氣中的 NO2允許濃度，中國和原蘇聯(lián)規(guī)定為 ，美國為 ，德國 為 。硝酸落到皮膚上，皮膚即被染成黃色并燒壞，濺入眼睛尤其危險。也用來鑒別含有蛋白的物質(zhì)加羊毛 ,羽毛等。 （ 6） 合成香料硝酸與二甲苯反應(yīng)制得二甲苯麝香氣味，廣泛用于調(diào)配化妝品、皂用及室內(nèi)用香料。 （ 5） 軍火工業(yè)硝酸除用于制造 TNT 炸藥，還用它精制提取核原料。如硝酸和硫酸的混酸（工業(yè)上常用由 30%與苯反應(yīng)，生成硝基苯，再加氫生成苯胺，它是合成染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥的中間體。硝酸銣?zhǔn)侵苽涠《┑拇呋瘎? （ 2） 制造硝酸鹽：硝酸可用于制造金屬硝酸鹽，如：硝酸鈉、硝酸鎂、硝酸鋰、硝酸 銣等。 硝酸的用途 硝酸是基本化學(xué)工業(yè)重要的產(chǎn)品之一，產(chǎn)量在各類酸中僅次于硫酸。將濃硝酸按 1:3 的比例與鹽酸混合，其混合液稱為王水。 濃硝酸具有強烈的硝化作用，與硫酸制成的混酸能與很多有機化合物結(jié)合成硝化物，如硝基苯、硝基萘、三硝 基甲苯、硝化甘油等。硝酸還能夠使有機物氧化和硝化。硝酸能使鐵、鋁、鉻、鈣等鈍化而不致繼續(xù)侵蝕。 硝酸的化學(xué)性質(zhì) 硝酸是強酸之一，氧化性很強。 工業(yè)硝酸依 HNO3 量多少可分為濃硝酸（ 96%～ 98% HNO3）和稀硝酸（ 45%～70% HNO3）。 在 41℃時，呈白色雪狀晶體，不穩(wěn)定，在常溫下分解出紅棕色的二氧化氮 ,光和熱能促其分解更快 ,溶于水 ,可以任何比例混合 ,溶解時放熱。純硝酸（ 100% HNO3）為無色透明，具有窒息性與刺激性的液體，相 對密度 ，沸點 C，熔點 C。因此本設(shè)計將從節(jié)能、提高氨利用率、降低鉑耗、提高成品酸、降低尾氣排放等方面來降低成本從而提高工業(yè)生產(chǎn)的利潤?？梢娤跛峁I(yè)還是很有前景的，但高價格將誘發(fā)硝酸生產(chǎn)恢復(fù)，增加供應(yīng)量，導(dǎo)致價格波動，總的看來，產(chǎn)能增長過快仍然是硝酸行業(yè)難以承受的壓力。而同時濃硝酸市場價格跳水，行業(yè)利潤暴跌，許多企業(yè)被迫減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，市場供應(yīng)量大幅度波動，價格跌宕不穩(wěn)。 從我國硝酸工業(yè)的發(fā)展趨勢來看， 2021 年產(chǎn)能的過快增長已經(jīng)使得影響行業(yè)健康發(fā)展的不利因素凸顯。 2021 年全國硝酸產(chǎn)量達到了 萬噸，同比增長了 %，增速同比下降了 個百分點，但依然實現(xiàn)較快增長，當(dāng)年進口量 萬噸，出口量 萬噸，觀消費量為 萬噸，同比增長 %，表明下游需求旺盛。 目前，世界上濃硝酸的生產(chǎn)能力約為 300 萬噸 /年， 2021 年總產(chǎn)量為 260 萬噸，我國濃硝酸產(chǎn)量 萬噸，居世界首位。硝酸工業(yè)形成了如下的趨勢：（ 1）、生產(chǎn)規(guī)模大型化，目前最大裝置為 2021t/d；（ 2）、裝置高壓化；（ 3）、產(chǎn)品多樣化，可生產(chǎn)濃、稀兩種產(chǎn)品；（ 4）、 尾氣排放達標(biāo)，目前大型裝置上，特別是雙加壓裝置已實現(xiàn)了 150106的指標(biāo)；（ 5）、催化劑不斷改良；（ 6）、能量回收合理化；（ 7）、總體技術(shù)提升。但 由于本人水平有限，設(shè)計中有錯誤和不妥之處總是在所難免，懇切希望讀者多予批評指正。最后附有參考文獻。為了全面介紹稀硝酸工藝過程設(shè)計的基本內(nèi)容、基本原理，本設(shè)計共分為十章。此次畢業(yè)設(shè)計的訓(xùn)練，進一步鞏固加深了所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識，使之系統(tǒng)化、 綜合化，對我以后的工作和生活起到了不可估量的作用。最后本設(shè)計還對所采用的生產(chǎn)方法進行了總結(jié)和討論。如稀硝酸的生產(chǎn)原理 (包括了催化劑的選擇和催化機理 )、工藝流程、生產(chǎn)過程的影響因素、化工工藝計算、氧化器的工藝設(shè)計及附屬設(shè)備的選擇、車間布置設(shè)計。年產(chǎn) 6 萬噸稀硝酸車間的工藝設(shè)計 設(shè)計題目 :年產(chǎn) 6 萬噸稀硝酸車間的工藝設(shè)計 English Topic: Design the craft of dilute nitric acid workshop with an annual output of 60,000 tons 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 年產(chǎn) 6 萬噸稀硝酸車間的工藝設(shè)計 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 摘要 ： 本設(shè)計從描述硝酸的基本性質(zhì)和其發(fā)展前途開始先論述了 生產(chǎn)稀硝酸的必要性，然后對其生產(chǎn)方法進行簡述和論證，最后選擇了中壓生產(chǎn)法。而后對此方法進行了從工藝流程到計算和選型的詳細描述。本設(shè)計還增加了尾氣治理，針對不同的需要采用不同的治理辦法。 關(guān)鍵詞 ： 稀硝酸；中壓法；氧化爐；鉑催化劑 ；吸收塔；工藝計算；尾氣處理 Design the craft of dilute nitric acid workshopwith an annual output of 60,000 tons Name of stendent: Director: Abs